側(cè)進(jìn)側(cè)出加熱爐出鋼卡阻原因和斷軸分析及改造

朱清行

（邢臺鋼鐵有限責(zé)任公司，河北 邢臺 054602）

在冶金行業(yè)生產(chǎn)中，加熱爐用于軋鋼工序?qū)⒃箱撆骷訜嶂烈欢囟?，實現(xiàn)軋制時按照工藝要求內(nèi)部組織進(jìn)行變化，達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量的性能。原料鋼坯通過懸臂輥輥道順利進(jìn)入、移出加熱爐動作關(guān)系到整個軋鋼產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。

1 加熱爐實施改造前的狀態(tài)

1）原料鋼坯在從步進(jìn)梁移動至出爐懸臂輥道時，出現(xiàn)鋼坯卡在步進(jìn)梁和懸臂輥道之間，無法順利運送出加熱爐情況，偶爾還會出現(xiàn)步進(jìn)梁端部耐磨塊掉落問題。造成整條產(chǎn)線生產(chǎn)作業(yè)率降低，直接影響了產(chǎn)量的發(fā)揮和訂單的交付。根據(jù)卡鋼發(fā)生頻率統(tǒng)計，2019年卡鋼頻率達(dá)到了30%，卡鋼時出鋼時間為2 min/根，正常出鋼時間為0.16 s/根。卡鋼時每根出鋼時間延長了119.84 s。按照年產(chǎn)54萬t計算，年影響產(chǎn)量5.4萬t。

2）在實際生產(chǎn)過程中懸臂輥道出現(xiàn)輥軸斷裂，導(dǎo)致無法繼續(xù)生產(chǎn)，影響整體產(chǎn)能的發(fā)揮，同時由于懸臂輥道使用壽命沒有達(dá)到設(shè)計壽命，輥軸斷裂而下機(jī)更換，造成了設(shè)備維護(hù)費用的浪費。加熱爐懸臂輥道裝機(jī)量20根，正常使用壽命1.5年時間，斷軸比例占30%，斷軸壽命只達(dá)到正常壽命的50%，每根懸臂輥3萬元計算，年費用浪費18萬元。

2 加熱爐出鋼卡阻及斷軸的原因分析

2.1 改造前加熱爐卡鋼原因分析

加熱爐步進(jìn)梁由4根動梁和5根靜梁間隔布置構(gòu)成，通過靜梁的步進(jìn)運動實現(xiàn)鋼坯按照設(shè)定距離向前移動，同時在動梁和靜梁上固定有耐高溫材質(zhì)的耐磨塊，避免鋼坯與水梁接觸導(dǎo)致水梁損壞漏水。懸臂輥輥道分別布置與步進(jìn)梁的兩端，分入爐輥道和出爐輥道，鋼坯通過步進(jìn)梁的步進(jìn)運動將已經(jīng)到達(dá)出爐側(cè)定梁端部的鋼坯移動到懸臂輥道上，再由懸臂輥輥道旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)將鋼坯運送出加熱爐，然后由軋機(jī)進(jìn)行軋制。

經(jīng)過查詢步進(jìn)梁的步距155 mm，當(dāng)鋼坯從步進(jìn)梁端部移動至輥子上時，會有約70 mm部分懸空至輥外部，在輥子旋轉(zhuǎn)時，有可能會掉落卡到步進(jìn)梁和輥子之間，造成卡鋼，從而影響鋼坯的正常出爐。因此如何縮小輥道與步進(jìn)梁之間的距離或增加步距是解決卡鋼問題的關(guān)鍵，但是鋼坯尺寸為155 mm2，如果改變步距，將會造成爐內(nèi)鋼坯之間距離增大，減少裝鋼量，影響整體的生產(chǎn)節(jié)奏，同時爐底、框架、液壓缸驅(qū)動等機(jī)械件的尺寸會產(chǎn)生干涉，改造難度較大。因此縮小輥道與步進(jìn)梁之間間距是解決此問題的可行方法。

2.2 懸臂輥斷軸原因分析

對懸臂輥結(jié)構(gòu)及承受力進(jìn)行分析，懸臂輥結(jié)構(gòu)為懸臂結(jié)構(gòu)，在承受向下的4 t鋼坯質(zhì)量和自身質(zhì)量的同時，還要負(fù)責(zé)傳遞轉(zhuǎn)矩給輥子來輸送鋼坯，因此懸臂輥承受了旋轉(zhuǎn)扭矩和彎矩。

懸臂輥斷裂位置輥軸直徑140 mm，斷裂位置距離輥頭承載鋼坯位置1 280 mm，輥軸為空心水冷輥軸。利用如下受力公式對輥軸強(qiáng)度進(jìn)行校核：

實心圓軸

空心圓軸

式中：σ為軸計算截面上的工作應(yīng)力，MPa；d為軸的直徑，mm；M為軸計算截面上的合成彎矩，N·mm；T為軸計算截面上的轉(zhuǎn)矩，N·mm；α為根據(jù)轉(zhuǎn)奕力變化性質(zhì)而定的校正系數(shù)：轉(zhuǎn)應(yīng)力對稱循環(huán)變化時，α=1；轉(zhuǎn)應(yīng)力脈動循環(huán)變化時，α=（σ-1）/（σ0）≈0.7；轉(zhuǎn)應(yīng)力不變時，α=（σ-1）/（σ+1）≈0.65；V為空心軸內(nèi)徑d0與外徑d之比，v=d0/d，數(shù)值；（σ-1）為許用疲蓮應(yīng)力（MPa）

經(jīng)過校核計算，支撐點輥軸直徑d>177.14 mm，才能滿足目前工況強(qiáng)度要求，因此目前輥軸直徑140 mm，明顯強(qiáng)度小于安全強(qiáng)度要求尺寸，所以才會頻繁出現(xiàn)輥軸斷裂問題。需要將輥軸軸承部位直徑加大，重新選擇軸承。

3 改進(jìn)措施

針對上述原因分析，采取如下措施進(jìn)行改進(jìn)：

3.1 卡鋼問題措施

通過上述分析出爐輥道處卡鋼，主要原因為懸臂輥輥頭與步進(jìn)梁之間距離過大，導(dǎo)致鋼坯上輥后翻落卡阻在輥頭和步進(jìn)梁之間，形成卡阻。因此對步進(jìn)梁加長和懸臂輥輥頭加長兩項措施，來縮短其間的距離避免鋼坯翻落后卡阻。

對步進(jìn)梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，由步進(jìn)梁和耐磨塊組成，如果對步進(jìn)梁進(jìn)行整體加長，難度較大，不容易實現(xiàn)，但是選擇加長耐磨塊相對容易實現(xiàn)。因此設(shè)計將耐磨塊加長20 mm，改造前后見圖1。

圖1 步進(jìn)梁改進(jìn)（mm）

對于懸臂輥輥頭加長設(shè)計，直徑不變，只是對輥頭有效輥面尺寸進(jìn)行加長20 mm，改造前后對比見圖2。

圖2 懸臂輥輥頭改進(jìn)

改造前后布置情況對比：

改造后步進(jìn)梁與懸臂輥輥頭之間距離將縮短為40 mm，超過鋼坯截面的60%在輥道上，可以有效避免鋼坯翻落導(dǎo)致的卡鋼問題。

3.2 懸臂輥輥軸斷裂問題措施

根據(jù)上述校核數(shù)據(jù)，支撐點輥軸直徑d>177.14 mm時，可以滿足現(xiàn)場使用要求，承載4 t鋼坯的質(zhì)量及運輸帶來的沖擊力。因此參照現(xiàn)有輥道輥子使用軸承情況，選擇24038軸承，即可以滿足懸臂輥軸支撐點受力，也可以實現(xiàn)備件的統(tǒng)一。選擇此軸承改造后，支撐點輥軸直徑為Φ190.00 mm，大于177.14 mm；軸承型號與二開坯輥道軸承相同，便于備件管理和備件統(tǒng)一。

4 效果分析

通過上述改進(jìn)措施的實施，解決了五線加熱爐輥道卡鋼和輥軸斷裂問題，自2020年3月初改造至今1年時間沒有出現(xiàn)卡鋼及輥軸斷裂問題，徹底解決了加熱爐卡鋼和輥軸斷裂故障。提高了軋鋼產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，延長了備件的使用壽命（見圖3和圖4）。

圖3 改造后卡鋼情況統(tǒng)計

圖4 斷軸下機(jī)與正常下機(jī)對比